现代机械制造中机电一体化技术的应用及发展趋势

引言

随着全球工业化的快速发展，传统制造业面临着转型升级的巨大压力。机电一体化技术作为一种融合机械、电子、计算机等多学科技术的新型技术，具有广阔的应用前景。本文通过对机电一体化技术的应用研究及其发展趋势进行分析，旨在为我国机电一体化技术的发展提供理论支持和实践指导。

一、机电一体化技术的发展历程

机电一体化技术的发展历程可以追溯到 20 世纪 50 年代，当时主要是以自动化技术为主，如数控机床、机器人等。随着电子技术的进步，70 年代开始出现了以微处理器为核心的机电一体化产品，如工业机器人、自动化生产线等。进入 80 年代，计算机技术的飞速发展使得机电一体化技术进入了智能化阶段，出现了具有自主学习和适应能力的智能控制系统。90 年代以后，随着互联网和物联网技术的兴起，机电一体化技术开始向网络化方向发展，实现了远程监控、数据交换和智能决策等功能。

二、机电一体化技术在现代机械制造中的应用

2.1 自动化生产线

机电一体化技术在工业生产中的应用已经遍及各个行业，例如机电一体化技术的应用是目前应用范围最为广泛的自动化生产线，在 2019 年全球自动化生产线市场规模达到 680 亿美元，到 2025 年，这一数字将突破 1020 亿美元，例如德国西门子公司开发的 SIMATIC 自动化解决方案，在全世界范围内广泛地应用于汽车、电子、食品等行业之中，实现了工业生产的自动化和智能化。例如在汽车制造行业中，自动化生产线已经能够完成焊装、涂装、整车的装配等诸多工艺的自动化操作，并且保证了较高的生产效率和产品质量。

2.2 机器人技术

机器人技术是机电一体化技术在制造业中的重要应用之一，国际机器人联合会（IFR）统计数据显示，2019 年全球工业机器人的销量达到 38 万台，增长11% ，以日本发那科公司的工业机器人为例，应用于汽车制造、电子组装等各个行业，能够大幅度提高生产速度以及提高生产精度。工业机器人应用了大量的机电一体化技术，集成有机械、传感器、控制器、执行器等组成了一个模块，实现了对各种任务的自动执行。

2.3 智能检测与控制

智能检测与控制也是机电一体化技术在工业生产中的另一个非常重要的应用领域。随着传感器技术的成熟，智能检测已经成为提升工业产品品质与生产效率的重要技术。如汽车生产中，通过布置在线检测装置，对各个零部件的尺寸、形状等信息的实时检测，保障产品质量。智能检测与控制是由传感器获取生产过程中的各种信息，然后将获得的数据传输到控制器内进行分析、处理。

三、机电一体化技术的发展趋势

3.1 智能化

智能化是 21 世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的 “智能化” 是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然使机电一体化产品具有与人完全相同的智能是不可能的，也是不必要的。但是高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。随着人工智能技术的不断发展，机电一体化系统的智能化水平将不断提高。

3.2 模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。模块化的发展将使得机电一体化产品的设计、制造和维护更加便捷。通过采用标准化的模块，可以降低产品的研发成本和周期，提高产品的通用性和互换性。

3.3 网络化

20 世纪 90 年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等人们日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络（homenet）将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统（CIAS），使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。网络化的机电一体化系统将实现设备之间的互联互通和数据共享，提高生产过程的协同性和效率。

3.4 绿色化

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。绿色化的发展将使得机电一体化产品更加环保和可持续。在设计和制造过程中，采用环保材料和节能技术，减少对环境的影响。在使用过程中，降低产品的能耗和污染物排放。

结论

机电一体化技术的发展使机电产品功能和质量得到提高，在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益。机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。未来，随着人工智能、大数据、物联网等新兴技术的不断发展，机电一体化技术将不断创新和进步，为推动我国制造业的转型升级和经济社会的发展做出更大贡献。

参考文献

[1] 马海彦 . 现代机械制造中机电一体化技术的应用及发展趋势 [J]. 模具制造 ,2025,25(07):103-105.DOI:10.13596/j.cnki.44-1542/th.2025.07.032.

[2] 赵安静 , 单智习 . 现代机械制造中机电一体化技术的应用及发展趋势 [J].造纸装备及材料 ,2021,50(10):80-82.